Sus abuelos paternos fueron el licenciado en leyes Juan de Cervantes y doña Leonor de Torreblanca, hija de Juan Luis de Torre blanca, un médico cordobés; su padre se llamaba Rodrigo de Cervantes (1509-1585) y nació en Alcalá de Henares porque su padre tenía entonces trabajo allí; fue cirujano, oficio más parecido al actual practicante que a nuestra idea de médico, y padecía desde niño una extrema sordera, por lo que sus hijos solían acompañarlo a menudo para actuar como intérpretes; Krzysztof Sliwa aporta un documento por el que sabemos que Miguel de Cervantes hizo al menos una vez de intérprete de su padre; don Rodrigo no pudo seguir estudios continuados a causa de su sordera y el carácter inquieto, movedizo e itinerante de su familia, que llegó a moverse entre Córdoba, Sevilla, Toledo, Cuenca, Alcalá de Henares, Guadalajara y Valladolid, que sepamos; sin embargo aprendió cirugía de su abuelo materno cordobés y el padrastro, también médico, que lo sucedió, sin contar con un título oficial. Según Américo Castro, Daniel Eisenberg y otros cervantistas, Cervantes posee ascendencia conversa por ambas líneas familiares. Por el contrario, Jean Canavaggio afirma que no está probado, y lo compara con los documentos que apoyan esta ascendencia sin lugar a dudas para Mateo Alemán; en todo caso, la familia Cervantes estaba muy bien considerada en Córdoba y detentaba allí y en sus cercanías cargos importantes. Rodrigo casó conLeonor de Cortinas, de la cual apenas se sabe nada, excepto que era natural de Arganda del Rey.6 Sus hermanos fueron Andrés (1543), Andrea (1544), Luisa (1546), que llegó a ser priora de un convento carmelita; Rodrigo (1550), también soldado, que le acompañó en el cautiverio argelino; Magdalena (1554) y Juan, sólo conocido porque su padre lo menciona en el testamento.
Hacia 1551, Rodrigo de Cervantes se trasladó con su familia a Valladolid. Por deudas, estuvo preso varios meses y sus bienes fueron embargados. En 1556 se dirigió a Córdoba para recoger la herencia de Juan de Cervantes, abuelo del escritor, y huir de los acreedores.
No existen datos precisos sobre los primeros estudios de Miguel de Cervantes, que, sin duda, no llegaron a ser universitarios. Parece ser que pudo haber estudiado en Valladolid, Córdoba o Sevilla. También es posible que estudiara en la Compañía de Jesús, ya que en la novela El coloquio de los perros elabora una descripción de un colegio de jesuitas que parece una alusión a su vida estudiantil.
En 1566 se establece en Madrid. Asiste al Estudio de la Villa, regentado por el catedrático de gramática Juan López de Hoyos, quien en 1569 publicó un libro sobre la enfermedad y muerte de la reina doña Isabel de Valois, la tercera esposa de Felipe II. López de Hoyos incluye en ese libro dos poesías de Cervantes, nuestro caro y amado discípulo. Esas son sus primeras manifestaciones literarias. En estos años Cervantes se aficionó al teatro viendo las representaciones de Lope de Rueda y, según declara en la segunda parte del Quijote, al parecer por boca del personaje principal, «se le iban los ojos tras la farándula».
